一种变径钢筋笼及其扩体锚杆或桩基一、技术领域
本发明涉及一种锚杆或桩基，尤其是锚杆或桩基中的骨架——变径钢筋笼及其扩
体锚杆或桩基，主要用于建筑地下室抗浮基坑支护，边坡支护，以及加固等技术范畴。本发
明可提供的抗拔力较大，性能稳定可靠锚杆或桩基中及骨架，对减少环境污染，加快工程进
度的装置与应用技术。
二、背景技术
锚杆必须具备几个要素：一个抗拉强度高于岩土体的杆体，杆体一端可以和岩土
体紧密接触形成摩擦(或粘结)阻力；锚杆杆体位于岩土体外部的另一端能够形成对岩土体
的径向阻力；锚杆作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层
中，整根锚杆分为自由段和锚固段，自由段是指将锚杆头处的拉力传至锚固体的区域，其功
能是对锚杆施加预应力；锚固段是指水泥浆体将预应力筋与土层粘结的区域，其功能是将
锚固体与土层的粘结摩擦作用增大，增加锚固体的承压或抗浮作用，将自由段的拉力传至
土体深处。
总体而言，锚杆是岩土体加固的杆件体系结构。通过锚杆杆体的纵向拉力作用，克
服岩土体抗拉能力远远低于抗压能力的缺点。从力学观点上是主要是提高了围岩体的粘聚
力C和内摩擦角φ。其实质上锚杆位于岩土体内与岩土体形成一个新的复合体。这个复合体
中的锚杆是解决围岩体的抗拉能力低的关键。从而使得岩土体自身的承载能力大大加强。
锚杆是当代地下开采的矿山当中巷道支护的最基本的组成部分，将巷道的围岩束
缚在一起,使围岩自身支护自身；现在锚杆不仅用于矿山，也用于建筑工程技术中，对地下
室、边坡，隧道，坝体等进行主动加固。
锚杆的基本型是：钢筋或钢丝绳砂浆锚杆。以水泥砂浆作为锚杆与围岩的粘结剂。
还包括倒楔式金属锚杆。管缝式锚杆。树脂锚杆。用树脂作为锚杆的粘结剂，成本较高。
西安科技大学惠兴田发明了一种新型的螺旋式锚杆→自旋锚杆。自旋锚杆包括以
下种类：自攻挤压旋进锚杆→在土层中无需钻孔直接挤压旋进安装锚固力20KN/m；自旋注
浆锚杆→在钻孔中安装结束后利用自旋锚杆注浆就成为具有初锚力的自旋注浆锚杆；自旋
树脂锚杆→在钻孔中安装的同时自旋锚杆将树脂药卷搅拌成为具有初锚力的自旋树脂锚
杆；自钻自锚固锚杆→在自旋锚杆中空内放入钻杆使钻眼安装一次完成是具有初锚力的自
钻锚杆；自旋喷浆锚杆→在土层中边喷浆边钻进安装锚注一次完成锚固力35KN/m；
目前市场上常用的扩体锚杆技术有素浆体，囊式扩体锚杆技术等。
在成本的施工方面，变径大小头锚杆或桩基已经有技术，注浆或混凝土的注入单
独形成大小头，但未及相适应的钢筋骨架，不能形成有足够摩擦力的拉力或抗力传递的锚
杆或桩基，尤其是锚杆的锚固力受到限制。在用于建筑地下室抗浮基坑支护，边坡支护，以
及加固等技术领域时锚固力有所不足。因为它们需要抗拔力较大，且要求稳定可靠。
三、发明内容
本发明目的是，提出一种变径钢筋笼及其扩体锚杆或桩基及基制备和工法，应用
于所有扩体锚杆或桩基技术，克服素浆体扩大头的锚或桩基固承载能力和整体性差的不
足。
本发明的技术方案是：变径钢筋笼，其特征是包括轴向杆、圆环或环板和若干竖
筋、若干筋条、圈状固定器，圆环或环板与轴向杆垂直，若干竖筋的一端在圆环或环板在均
匀固定，每根竖筋的另一端或中部均连接一根筋条的一端，若干竖筋环绕轴向杆，筋条的另
一端接到圈状固定器，圈状固定器在轴向杆或桩基杆上滑动。
第二种变径钢筋笼，包括轴向杆、若干竖筋、两组若干筋条、第一和第二两个圈状
固定器，第一与第二两个圈状固定器滑动在轴向杆或桩基杆上，第一和第二两个圈状固定
器各固定一组与竖筋数相同的筋条，每根竖筋的上下两处分别有第一组和第二组的一根筋
条与这根竖筋活络连接，若干竖筋环绕轴向杆，至少有一个圈状固定器在轴向杆或桩基杆
上设有定位装置。
竖筋外周设有环状箍筋，环状箍筋且与竖筋设有固定点，且为弹性材质的环状箍
筋；环状箍筋收紧是未使用状态，箍筋的端部设有释放装置；环状箍筋是螺旋弹簧状。
所述释放装置的结构为：箍筋端部制备成轴销或轴孔的结构，当箍筋端部为轴销
时插入一固定孔，当箍筋端部为轴孔时则另有销轴固定箍筋的端部。
筋条与竖筋活络连接的方式：圈状固定器分别通过销轴3-1、销轴支架(U型固定支
架)3-2将筋条连接到竖筋。竖筋筋条的根数不必多，一般5-12根即可。
本发明的第一种变径钢筋笼释放撑伞状，轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、筋条的
类似伞骨状结构，但圆环或环板取代伞尖，但的箍筋的结构与箍筋弹性箍住与释放结构，竖
筋可以是如伞骨的直杆，。第二种变径钢筋笼是圆柱状，结构更为合理，但制备稍复杂。
进一步的，第一种变径钢筋笼：圆环或环板的直径与钻孔相当或略小于钻孔直径；
筋条可以是直线的或是弯曲的。
第一、二种变径钢筋笼的圈状固定器均可以环形圈为基本结构，在轴向杆上进行
滑动。
筋条为弹性筋条时，环状箍筋在竖筋箍住内周筋条。竖筋与箍筋在扩体端同步展
开、贴紧、形成钢筋笼。箍筋弹性箍住与释放结构有多种，如箍筋端部制备成轴销或轴孔的
结构最为常见，轴销时插入某固定孔，轴孔时则另有销轴固定箍筋的端部。且需要上便于释
放，即变径钢筋笼在扩体孔内张开。
本发明的承压变径钢筋笼扩体锚杆或桩基，变径钢筋笼在置于扩体段时展开释
放，在变径钢筋笼上注浆或注入混凝土成为锚杆或桩基，变径钢筋笼成为锚杆或桩基的骨
架。
本发明的工法应用：旋喷桩机钻进至设计深度→高压旋喷施工或机械扩孔施工→
下锚头→打开锚头中扩大机构，将钢筋笼打开至设计尺寸→高压注浆或灌注混凝土。
变径钢筋笼；普通钢筋经特殊加工处理后，成为弹性钢筋；用处理后的弹性钢筋加
工成减小直径的箍筋(通过紧绕或收紧方式箍住整个竖筋或筋条)；即通过紧绕或收紧方式
箍住整个竖筋或筋条，竖筋外周设有环状箍筋，环状箍筋且与竖筋设有固定点(钢丝捆扎最
为常用)。
典型的成品中：钢筋笼箍筋直径≤200mm(与实际形成的钻孔有关的参数，不同钻
孔可以有不同规格的直径钢筋笼(箍筋))，置于锚杆扩体段后，打开钢筋笼中的约束机构，
箍筋直径达到400mm左右的直径；
竖筋或筋条在机构作用下展开紧贴箍筋至不能展开止；在扩体段底部即锚杆的底
部用锚垫板(锚垫板为环板)将锚杆的杆体与扩大头机械连接。
承压型变径钢筋笼扩大头锚杆技术参照《JGT/T282-2012高压喷射扩大头锚杆技
术规程》设计、施工、验收。本发明运用都属于扩大头锚杆或大头桩基技术的应用。
有益效果：本发明方案能形成有足够摩擦力的拉力或抗力传递的锚杆，锚固力明
显增大且整个锚杆的一体性好，同样也用于大头桩基的混凝土钢筋笼骨架。主要用于建筑
地下室抗浮基坑支护，边坡支护，以及加固等技术范畴。本发明技术可提供的抗拔力较大，
性能稳定可靠，对减少环境污染，加快工程进度方面都有良好的作用。
四、附图说明
图1变径钢筋笼结构示意图；
图2是扩体锚杆结构示意图；
图3为本发明收紧结构示意示意图；
图4为本发明释放结构示意示意图。
图5为图4中B-B横截面结构示意图；
图6为图5中筋条3连接结构示意图；
图7为环状箍筋6(螺旋状)的结构示意图；
图8为第二支架的收紧结构示意示意图(放大图)；
图9第二支架的释放结构示意示意图。
图10是工艺流程示意图。图中：钻孔a→扩孔b→下锚头c→打开锚头中扩大机构d、
将钢筋笼打开至设计尺寸e，→高压注浆或灌注混凝土f。
图11为变径钢筋笼收紧时结构示意图；
图12为变径钢筋笼产品约束机构打开后结构示意图。
五、具体实施方式
图中的部件所示，轴向杆4、圆环或环板1、若干竖筋2、筋条3、圈状固定器5、环状箍
筋6、箍筋端部的钢套环6-1、环状箍筋与轴向杆4的连接点7、释放机构8，环状箍筋钢套环配
合的插孔8-1、钢托盘与钢管焊接9、配重10、限位器10-1、第一支架11和第二支架11-1、底盘
12、钢托盘(即圈状固定器)13、筋条3可以是扁杆；销轴3-1、销轴支架(U型固定支架)3-2、缺
口3-3。
本发明基本结构如图1-2所示：变径钢筋笼，包括轴向杆、圆环或环板和若干竖筋、
筋条，圆环或环板与轴向杆垂直，若干竖筋的一端在圆环或环板在均匀固定，每根竖筋的另
一端或中部均连接一根筋条的一端，筋条的一端接到一圈状固定器，圈状固定器固定在轴
向杆或桩基杆上。筋条3类似于伞骨。
变径钢筋笼的竖筋外周设有环状箍筋，且为弹性材质的环状箍筋。环状箍筋可以
是螺旋弹簧状。环状箍筋收紧是未使用状态(用于放入钻孔)，箍筋的端部设有释放装置。收
紧且弹性约束的未使用状态，环状箍筋释放后变直径，直径扩大成环状箍筋原先松弛状态，
即直径较小环状箍筋释放到锚杆或桩基的扩体端后，环状箍筋直径放大至设计要求(如典
型的一款是从直径不到200mm扩大到-400mm)。
另一种更具体的实施例如图3-9。图1-2中圆环或环板类似于钢托盘13；第一支架
11和第二支架11-1均设有钢托盘13，则第一支架11和第二支架11-1的两个钢托盘13即为第
一和第二两个圈状固定器，类似两个在伞骨(轴向杆4)的滑动的撑伞和收伞(对应于释放与
收紧)的关节。第一支架11和第二支架11-1上，每个筋条组为6-10根扁钢条，筋条的一端接
到钢托盘，筋条的另一端再连接到竖筋2。第一和第二两个圈状固定器即两个钢托盘分别通
过销轴3-1、销轴支架(U型固定支架)3-2将筋条连接到竖筋，进行活络固定。
上下第一支架11和第二支架11-1两个圈状固定器分别伸出筋条在每根竖筋2的两
个位置进行活络固定，钢托盘在轴向杆4的能够滑动，当钢托盘滑动使筋条向竖直方向时使
竖筋2收起，当钢托盘滑动使筋条向横向张开方向时使竖筋2张开(释放)。底盘12固定在轴
向杆4端部便于将本装置置入钻孔，筋条3可以是扁杆；钢托盘13及竖筋2上安装销轴3-1、销
轴支架(U型固定支架)3-2，钢托盘13上设有缺口3-3及环状箍筋钢套环配合的插孔8-1。环
状箍筋6(螺旋状并有适当弹性，可以被约束和释放，约束时直径是释放时直径的一半，或释
放时能够大出收紧约束时的直径10-35cm)的结构箍筋端部设有钢套环6-1，是环状箍筋6的
释放机构的部件，环状箍筋钢套环6-1与钢托盘13上环状箍筋钢套环配合的插孔8-1相配
合，将一插销插住钢套环6-1与插孔8-1用于约束环状箍筋在收紧状态，拉开插销刚释放弹
性的环状箍筋；典型的应用参数是，收紧结构状态时直径为200mm,释放结构状态时直径为
400mm。其它规格的与各种钻孔和孔径和应用场合匹配即可。
图10施工流程：定位→水泥浆制备→旋喷桩机钻进至设计深度(钻孔a)→高压旋
喷施工或机械扩孔施工(扩孔b)→下锚头c→打开锚头中扩大机构d、e，将钢筋笼打开至设
计尺寸→高压注浆或灌注混凝土f。
变径钢筋笼的施工应用工艺：
a.普通钢筋经特殊加工(淬火等)处理后，成为弹性钢筋；用处理后的弹性钢筋加
工绕紧后减小直径箍筋；
b.钢筋笼成品，钢筋笼箍筋直径≤200mm，置于锚杆扩体段后，打开钢筋笼中的约
束机构，箍筋直径达到400mm直径；
c.纵筋在机构作用下展开紧贴箍筋至不能展开止；高压注浆或灌注混凝土成桩；
d.在扩体段底部采用底盘即锚垫板将杆体与扩大头机械连接。